EP4087060A1 - Antenna cell with transmitter network - Google Patents

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Publication number
EP4087060A1
EP4087060A1 EP22170844.9A EP22170844A EP4087060A1 EP 4087060 A1 EP4087060 A1 EP 4087060A1 EP 22170844 A EP22170844 A EP 22170844A EP 4087060 A1 EP4087060 A1 EP 4087060A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna element
conductive
point
cell
antenna
Prior art date
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Pending
Application number
EP22170844.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Francesco FOGLIA MANZILLO
Antonio Clemente
Maciej SMIERZCHALSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H01Q15/242—Polarisation converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas

Definitions

  • This description relates generally to electronic devices.
  • the present application relates more particularly to the field of radio antennas with a transmitter array (“transmitarray antenna”).
  • radio antennas called “transmitter network” are known in particular. These antennas generally comprise several elementary cells each comprising a first antenna element irradiated by an electromagnetic field emitted by one or more sources, a second antenna element transmitting a modified signal to the outside of the antenna and a coupling element between the first and second antenna elements.
  • reconfigurable transmitter array antennas making it possible to select, for each cell, a phase shift value from among a plurality of predefined values, while using a minimum number of electronic components. It would also be desirable to be able to dynamically modify the polarization of the radiated wave. This would make it possible in particular to reduce the costs and to improve the efficiency of antennas with a transmitter array, as well as to increase the flexibility of polarization for communications with one or more satellites.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known transmitter array antennas.
  • the output terminal of the first antenna element is connected to an input terminal of the coupler by a first conductive via.
  • the coupler comprises first, second, third and fourth output terminals, the coupler being adapted to introduce, on its second and fourth output terminals, a phase shift equal to approximately 90° with respect to a signal present on its first and third output terminals.
  • first, second, third and fourth input terminals of the second antenna element are respectively connected to the first, second, third and fourth output terminals of the coupler by four second conductive vias.
  • the first and third points of the conductive crown are diametrically opposed and the second and fourth points of the conductive crown are diametrically opposed, the diameter on which the first and third points are located being orthogonal to the diameter on which are located the second and fourth points.
  • the second antenna element further comprises second, third, fourth and fifth delay lines each introducing a phase shift equal to approximately 180° and each comprising a first end connected to one of the first, second , third and fourth input terminals of the second antenna element and a second end connected to one of the first, second, third and fourth points of the conductive ring.
  • the second antenna element further comprises second and third delay lines each introducing a phase shift equal to approximately 180°, the second delay line connecting the second point of the conductive crown to the fourth point of the conductive crown and the third delay line connecting the first point of the conductive crown to the third point of the conductive crown.
  • One embodiment provides a transmitter network comprising a plurality of cells as described.
  • One embodiment provides an antenna comprising a transmitter grating as described and at least one source configured to irradiate one face of the grating.
  • each primary source is adapted to produce a beam of generally conical shape irradiating all or part of the transmitter network.
  • Each primary source comprises for example a horn antenna.
  • the central axis of each primary source is substantially orthogonal to the mean plane of the network.
  • the expressions "about”, “approximately”, “substantially”, and “of the order of” mean to within 10%, preferably within 5% or, in the case of angular values, within 10°, preferably within 5°.
  • the figure 1 is a schematic side view of an exemplary transmitter array antenna 100 of the type to which the described embodiments apply, by way of example.
  • the antenna 100 typically comprises one or more primary sources 101 (a single source 101, in the example shown) irradiating a transmitter network 103.
  • the source 101 can have any polarization, for example linear or circular.
  • the network 103 comprises a plurality of elementary cells 105, for example arranged in a matrix along rows and columns. Each cell 105 typically comprises a first antenna element 105a, located on the side of a first face of the array 103 arranged facing the primary source 101, and a second antenna element 105b, located on the side of a second face network opposite the first face.
  • the second face of the grating 103 is for example turned towards a transmission medium of the antenna 100.
  • Each cell 105 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation on its first antenna element 105a and to re-emit this radiation from its second antenna element 105b, for example by introducing a known phase shift ⁇ . In reception, each cell 105 is able to receive electromagnetic radiation on its second antenna element 105b and to re-emit this radiation from its first antenna element 105a with the same phase shift ⁇ .
  • the characteristics of the beam produced by the antenna 100 in particular its shape (or template) and its direction of maximum emission (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts respectively introduced by the different cells 105 of the network 103.
  • Transmitter array antennas have the advantages, among others, of having good energy efficiency and of being relatively simple, inexpensive and inexpensive. cumbersome. This stems in particular from the fact that the transmitting networks can be produced using planar technology, generally on a printed circuit.
  • the transmitter network 103 is said to be reconfigurable when the elementary cells 105 are individually electronically controllable to modify their phase shift value ⁇ , which makes it possible to dynamically modify the characteristics of the beam generated by the antenna, and in particular to modify its pointing direction. without mechanically moving the antenna or part of the antenna by means of a motorized element.
  • the picture 2 is a perspective view, schematic and partial, of one of the cells 105 of the antenna 100 with transmitter array 103 of the figure 1 according to a first embodiment.
  • the structure of cell 105 shown in picture 2 can for example be made monolithically.
  • this structure can for example be obtained by stacking separate modules, these modules being for example separated by air or by one or more dielectric materials.
  • the cell 105 comprises, in addition to the first and second antenna elements 105a and 105b, a coupler 201.
  • the coupler 201 has a substantially planar structure interposed between the antenna elements 105a and 105b and parallel to these elements.
  • an output terminal O1 of the first antenna element 105a is connected to an input terminal I1 of the coupler 201 by a conductor via V1.
  • input terminals A, B, C and D of the second antenna element 105b are respectively connected to output terminals A', B', C' and D' of the coupler 201 by through VA, VB, VC and VD conductors.
  • Terminal I1 of coupler 201 is located directly above terminal O1 of first antenna element 105a and terminals A, B, C and D of second antenna element 105b are respectively located directly above terminals A ', B', C' and D' of coupler 201.
  • the first antenna element 105a comprises a planar conductive frame 203 and a conductive region 205 located inside the frame 203.
  • the frame 203 and the region 205 are coplanar and connected to each other. by a conductive track 207, located outside the plane of frame 203, and by two conductive vias V2 and V3.
  • via V2 extends vertically from one side of frame 203 to one end of track 207
  • via V3 extends vertically from conductive region 205 to the other end of track 207.
  • first antenna element 105a of the coupler 201 and of the second antenna element 105b of the cell 105 are described in more detail below in relation to the figures 3 to 5 .
  • the picture 3 is a top view, schematic and partial, of the first antenna element 105a of the cell 105 of the antenna 100 with the transmitter array 103 according to the first embodiment.
  • the first antenna element 105a comprises a conductive region 301 located inside the conductive frame 203 and in contact with the conductive via V1.
  • the conductive region 301 corresponds for example to the output terminal O1 of the first antenna element 105a.
  • conductive region 301 is connected to conductive frame 203 by a switching element D1, or switch, one conduction terminal of which is for example contact with the region 301 and of which another conduction terminal is for example in contact with the frame 203.
  • the conductive region 301 is also connected to the conductive region 205 by another switching element D2, one conduction terminal of which is for example in contact with the region 301 and another conduction terminal of which is by example in contact with region 205.
  • the switching elements D1 and D2 are diodes, for example PIN (Positive Intrinsic Negative) diodes, microelectromechanical switches (“Microelectromechanical switch” - MEMS, in English), varactors, etc.
  • the phase shift ⁇ 1 between the signal picked up by frame 203 and the signal transmitted to coupler 201 is non-zero.
  • the phase shift ⁇ 1 introduced between the signals is for example a function in particular of the length of the conductive track 207 and of the vias V2, V3 ( picture 2 ), track 207 acting as a delay line for the signal transmitted to coupler 201.
  • track 207 and vias V2, V3 form a conduction path having a total length adjusted so that the phase shift ⁇ 1 introduced when switch D2 is on is equal to approximately 90° ( ⁇ /2).
  • the phase shift introduced by the via V1 is not taken into account since it is the same in the two configurations of the antenna element 105a.
  • the first antenna element 105a is suitable for switching between two phase states ⁇ 1 (0° and 90° in this example).
  • the first antenna element 105a is similar to what is described in the American patent US 10680329 .
  • the figure 4 is a schematic partial top view of coupler 201 between first and second antenna elements 105a and 105b of cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.
  • the input terminal I1 of the coupler 201 is located in the center of a square 401, or frame, formed by four conductive lines.
  • Terminal I1 is, in this example, connected to one of the corners of frame 401 by a conductive track 403 corresponding to a half-diagonal of the square.
  • the output terminals A', B', C' and D' of the coupler 201 are located outside the square 401.
  • the terminals A', B', C' and D' are approximately, in this example, located on the perimeter of a circle with center I1 and regularly spaced along this perimeter. More specifically, in the example shown, terminal A' is diametrically opposed to terminal C' and terminal B' is diametrically opposed to terminal D', the diameter on which are located the terminals A', I1 and C' being substantially orthogonal to the diameter on which are located the terminals B', I1 and D'.
  • the terminals A' and C' are connected to one another by a conductive track 405 forming a portion of an arc of a circle, corresponding substantially to a half-arc of a circle in this example.
  • a midpoint M1 of track 405 is connected, by a conductive track 407, to a corner of square 401 adjacent to the corner to which track 403 is connected.
  • Terminals A' and C' are substantially equidistant from terminal I1, that is to say that the terminals A' and C' are separated from the terminal I1 by conduction paths of substantially equal lengths.
  • the signals present at the output terminals A' and C' of the coupler 201 have a substantially zero phase shift relative to each other.
  • terminals B' and D' are connected together by another conductive track 409 forming a portion of an arc of a circle, substantially corresponding to a half-arc of a circle.
  • a midpoint M2 of track 409 is connected, by a conductive track 411, to an angle of square 401 opposite to the angle at which track 403 is connected.
  • Terminals B' and D' are substantially equidistant from terminal I1, that is to say that the terminals B' and D' are separated from the terminal I1 by conduction paths of substantially equal lengths.
  • the signals present at the output terminals B′ and D′ of coupler 201 have a substantially zero phase shift relative to each other.
  • the conduction path separating each of the terminals B', D' from the terminal I1 is longer than the conduction path separating each of the terminals A', C' from the terminal I1. More specifically, in this example, the length of the conduction path separating terminals B' and D' from terminal I1 is greater, by a length substantially equal to one side of the square formed by square 401, to the length of the conduction path separating terminals A' and C' from terminal I1. This makes it possible to introduce a phase shift ⁇ 2 between the signals present at the terminals A', C' on the one hand, and the signals present at the terminals B', D' on the other hand. By way of example, the dimensions of the square 401 are adjusted so that the phase shift ⁇ 2 is equal to approximately 90°.
  • the coupler 201 also performs a power division of the signal present on its input I1.
  • the signal present on each output A′, B′, C′, D′ of coupler 201 has a lower power, by a factor substantially equal to four, than the power of the signal present on the input I1.
  • coupler 201 is a passive element, ie coupler 201 does not include any active electrical component.
  • the coupler 201 preferably only comprises conductive tracks.
  • the figure 5 is a top view, schematic and partial, of the second antenna element 105b of the cell 105 of the antenna 100 with the transmitter array 103 according to the first embodiment.
  • the second antenna element 105b comprises a conductive ring 501 of circular and substantially planar shape.
  • the crown may be replaced by a disc-shaped or square-shaped conductive region whose corners may be cut.
  • the crown 501 allows for example the second antenna element 105b of the cell 105 to emit electromagnetic radiation towards the outside of the antenna 100.
  • each input terminal A, B, C, D of the second antenna element is connected to a point PA, PB, PC, PD of the crown 501.
  • the points PA, PB, PC and PD are for example distributed in a regular manner on the periphery of the crown 501.
  • the point PA is diametrically opposed to the point PC and the point PB is diametrically opposed to the point PD, the diameter on which the points PA and PC are located being substantially orthogonal to the diameter on which the points are located PB and PD.
  • each input terminal A, B, C, D is connected to the point PA, PB, PC, PD by a switching element or switch DA, DB, DC, DD.
  • Each terminal A, B, C, D is also connected to the point PA, PB, PC, PD by a conductive track 503A, 503B, 503C, 503D located outside the crown 501.
  • the switch DA, DB, DC, DD when the switch DA, DB, DC, DD is in the blocked state, the signal present on the associated input A, B, C, D is transmitted to the point PA, PB, PC, PD of the crown 501 via the corresponding conductive track 503A, 503B, 503C, 503D.
  • the length of the conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D is adjusted so that the phase shift ⁇ 3 is, when the switch DA, DB, DC, DD is off, equal to around 180°.
  • each switch DA, DB, DC, DD makes it possible to short-circuit the associated track 503A, 503B, 503C, 503D.
  • the phase shift ⁇ 3 of the signal present at the point PA, PB, PC, PD of the crown 501 with respect to the signal present at the input A, B, C, D is in this case substantially zero.
  • the second antenna element 105b is suitable for switching between two phase states ⁇ 3 (0° and 180° in this example). Due in particular to the arrangement of the points PA, PB, PC and PD on the ring 501, the second antenna element 105b also makes it possible to switch between two states or directions of circular polarization, respectively right (clockwise, from the point view of the source 101) and left (counter-clockwise, from the view of the source 101).
  • the position of the points PA, PB, PC and PD as well as the values of the phase shifts (more or less 90°) between two successive points determine the direction of current flow in ring 501, and therefore the state of polarization of the radiated field.
  • the tracks 503A, 503B, 503C and 503D can be replaced by other structures, for example structures comprising delay lines coupled to so-called “localized” elements such as capacitors, so as to reduce the size of the second antenna element 105b.
  • the figure 6 is a side view and in section, according to plan AA of the figures 3 to 5 , schematic and partial, of the cell 105 of the antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.
  • the cell 105 is for example made in a printed circuit board comprising a stack of metallization levels 601 separated from each other by dielectric layers.
  • the cell 105 more precisely comprises six levels of metallization 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 and 601-6.
  • the conductive via V1 extends vertically from level 601-1 to level 601-4 crossing level 601-3 without contacting it. Furthermore, the conductive vias V1, V2, V3 and V4 extend vertically from level 601-4 to level 601-6 by crossing level 601-5 without contacting it.
  • the figure 7 is an electrical diagram equivalent to cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.
  • the switches D1 and D2 of the first antenna element 105a are PIN diodes controlled in current by signals ⁇ and ⁇ ', respectively.
  • the signals ⁇ , ⁇ ' can be assimilated to binary signals whose first and second levels, denoted for example "0" and "1", correspond respectively to off and on states of the diode D1, D2 associated.
  • Signal ⁇ ' corresponds for example to the opposite of signal ⁇ , so that diode D1 is off when diode D2 is on, and vice versa.
  • each of the vias VA, VB, VC, VD introduces substantially the same phase shift ⁇ of the signals present at the terminals A, B, C and D with respect to the signals present at the terminals A', B', C' and Of.
  • each conductive track 503A, 503B, 503C, 503D behaves like a delay line suitable for introducing the phase shift ⁇ 3 of 180° between the signal present on terminal A, B, C, D and the signal present at point PA , PB, PC, PD when the DA, DB, DC, DD diode is blocked.
  • the figure 8 is a top view, schematic and partial, of a part of the second antenna element 105b of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to a second embodiment.
  • the second embodiment of the cell 105 differs from the first embodiment mainly in that the second antenna element 105b does not have the conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D connected between the terminals A, B, C and D and the points PA, PB, PC and PD of the conductive ring 501. More specifically, in the example shown, the terminals A, B, C and D are respectively connected to the points PA, PB, PC and PD by the switches DA, DB, DC and DD only.
  • points PA and PC of crown 501 are connected to conductive vias VPA and VPC.
  • the figure 9 is a top view, schematic and partial, of another part of the second antenna element 105b of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment.
  • the structure of the figure 9 is located in a plane different from that comprising the structure of the figure 8 .
  • the figure 10 is a side view and in section, schematic and partial, of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment.
  • the cell 105 is for example made in a printed circuit board comprising a stack of seven metallization levels 601. More specifically, in the example shown, the printed circuit board comprises, in addition to the metallization levels 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 and 601-6, a metallization level 601-7 interposed between levels 601-5 and 601-6.
  • the conductive track 901 is, in this example, formed in the level 601-7.
  • the figure 11 is an electrical diagram equivalent to cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment.
  • the second embodiment has the advantage of not comprising conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D located close to the ring 501. This makes it possible in particular to avoid disturbing the signal transmitted by the ring 501 when a current flows in one or more conductive tracks 503A, 503B, 503C, 503D.
  • the embodiments of the cell 105 previously described advantageously make it possible to obtain four phase states ⁇ and to offer the possibility of reconfiguring the radiated polarization. These advantages are further achieved without the use of cross-linear polarized cells in the transmitter array 103.
  • Another advantage of the embodiments described is that they implement a minimum number of switches, in this case only six switches. This makes it possible to obtain a cell 105 having a simple, inexpensive structure and having good energy efficiency.
  • the embodiments described make it possible to produce transmitter networks having reduced energy losses compared in particular to a case where cells having vertical and horizontal polarizations would be combined to recreate a field having circular polarization.
  • the shape of the frame 203 of the first antenna element 105a can be adapted according to the polarization of the source 101.

Abstract

La présente description concerne une cellule (105) de réseau transmetteur comprenant :- un premier élément d'antenne (105a) adapté à commuter entre deux états de phase ;- un deuxième élément d'antenne (105b) adapté à commuter entre deux autres états de phase et entre deux sens de polarisation circulaire ; et- un coupleur (201) couplant le premier élément d'antenne au deuxième élément d'antenne.The present description relates to a transmitter network cell (105) comprising:- a first antenna element (105a) capable of switching between two phase states;- a second antenna element (105b) capable of switching between two other states phase and between two directions of circular polarization; and- a coupler (201) coupling the first antenna element to the second antenna element.

Description

Domaine techniqueTechnical area

La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques. La présente demande concerne plus particulièrement le domaine des antennes radio à réseau transmetteur (« transmitarray antenna », en anglais).This description relates generally to electronic devices. The present application relates more particularly to the field of radio antennas with a transmitter array (“transmitarray antenna”).

Technique antérieurePrior technique

Parmi les différentes technologies d'antennes de communication radio existantes, on connaît notamment des antennes radio dites « à réseau transmetteur ». Ces antennes comprennent généralement plusieurs cellules élémentaires comportant chacune un premier élément d'antenne irradié par un champ électromagnétique émis par une ou plusieurs sources, un deuxième élément d'antenne transmettant un signal modifié vers l'extérieur de l'antenne et un élément de couplage entre les premier et deuxième éléments d'antenne.Among the different technologies of existing radio communication antennas, radio antennas called “transmitter network” are known in particular. These antennas generally comprise several elementary cells each comprising a first antenna element irradiated by an electromagnetic field emitted by one or more sources, a second antenna element transmitting a modified signal to the outside of the antenna and a coupling element between the first and second antenna elements.

Pour des applications, par exemple telles que la communication satellite (« satellite communication » ou « SatCom », en anglais), il serait souhaitable de disposer d'antennes à réseau transmetteur reconfigurables permettant de sélectionner, pour chaque cellule, une valeur de déphasage parmi une pluralité de valeurs prédéfinies, tout en utilisant un nombre minimal de composants électroniques. Il serait en outre souhaitable de pouvoir modifier, de façon dynamique, la polarisation de l'onde rayonnée. Cela permettrait notamment de réduire les coûts et d'améliorer le rendement des antennes à réseau transmetteur, ainsi que d'accroître la flexibilité de polarisation pour des communications avec un ou plusieurs satellites.For applications, for example such as satellite communication ("satellite communication" or "SatCom", in English), it would be desirable to have reconfigurable transmitter array antennas making it possible to select, for each cell, a phase shift value from among a plurality of predefined values, while using a minimum number of electronic components. It would also be desirable to be able to dynamically modify the polarization of the radiated wave. This would make it possible in particular to reduce the costs and to improve the efficiency of antennas with a transmitter array, as well as to increase the flexibility of polarization for communications with one or more satellites.

Résumé de l'inventionSummary of the invention

Il existe un besoin d'améliorer les antennes à réseau transmetteur existantes.There is a need to improve existing transmitter array antennas.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des antennes à réseau transmetteur connues.One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known transmitter array antennas.

Un mode de réalisation prévoit une cellule de réseau transmetteur comprenant :

  • un premier élément d'antenne adapté à commuter entre deux états de phase ;
  • un deuxième élément d'antenne adapté à commuter entre deux autres états de phase et entre deux sens de polarisation circulaire ; et
  • un coupleur couplant le premier élément d'antenne au deuxième élément d'antenne.
One embodiment provides a transmitter network cell comprising:
  • a first antenna element adapted to switch between two phase states;
  • a second antenna element capable of switching between two other phase states and between two directions of circular polarization; and
  • a coupler coupling the first antenna element to the second antenna element.

Selon un mode de réalisation :

  • le premier élément d'antenne est situé sur une première face de la cellule ;
  • le deuxième élément d'antenne est situé sur une deuxième face de la cellule, opposée à la première face ; et
  • le coupleur est situé entre les première et deuxième faces de la cellule.
According to one embodiment:
  • the first antenna element is located on a first face of the cell;
  • the second antenna element is located on a second face of the cell, opposite the first face; and
  • the coupler is located between the first and second faces of the cell.

Selon un mode de réalisation, le premier élément d'antenne comporte :

  • un cadre conducteur ;
  • une borne de sortie, située à l'intérieur du cadre conducteur ; et
  • des premier et deuxième éléments de commutation reliant le cadre conducteur à la borne de sortie.
According to one embodiment, the first antenna element comprises:
  • a conductive frame;
  • an output terminal, located inside the conductive frame; and
  • first and second switching elements connecting the conductive frame to the output terminal.

Selon un mode de réalisation :

  • une première borne de conduction du premier élément de commutation est connectée au cadre conducteur ;
  • une deuxième borne de conduction du premier élément de commutation est connectée à la borne de sortie du premier élément d'antenne ;
  • une première borne de conduction du deuxième élément de commutation est connectée au cadre par une première ligne à retard adaptée à introduire, sur la borne de sortie du premier élément d'antenne, un déphasage égal à environ 90° par rapport à un signal incident sur le premier élément d'antenne ; et
  • une deuxième borne de conduction du deuxième élément de commutation est connectée à la borne de sortie du premier élément d'antenne.
According to one embodiment:
  • a first conduction terminal of the first switching element is connected to the conductive frame;
  • a second conduction terminal of the first switching element is connected to the output terminal of the first antenna element;
  • a first conduction terminal of the second switching element is connected to the frame by a first delay line adapted to introduce, on the output terminal of the first antenna element, a phase shift equal to approximately 90° with respect to a signal incident on the first antenna element; and
  • a second conduction terminal of the second switching element is connected to the output terminal of the first antenna element.

Selon un mode de réalisation, la borne de sortie du premier élément d'antenne est connectée à une borne d'entrée du coupleur par un premier via conducteur.According to one embodiment, the output terminal of the first antenna element is connected to an input terminal of the coupler by a first conductive via.

Selon un mode de réalisation, le coupleur comprend des première, deuxième, troisième et quatrième bornes de sortie, le coupleur étant adapté à introduire, sur ses deuxième et quatrième bornes de sortie, un déphasage égal à environ 90° par rapport à un signal présent sur ses première et troisième bornes de sortie.According to one embodiment, the coupler comprises first, second, third and fourth output terminals, the coupler being adapted to introduce, on its second and fourth output terminals, a phase shift equal to approximately 90° with respect to a signal present on its first and third output terminals.

Selon un mode de réalisation, des première, deuxième, troisième et quatrième bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne sont connectées respectivement aux première, deuxième, troisième et quatrième bornes de sortie du coupleur par quatre deuxièmes vias conducteurs.According to one embodiment, first, second, third and fourth input terminals of the second antenna element are respectively connected to the first, second, third and fourth output terminals of the coupler by four second conductive vias.

Selon un mode de réalisation, le deuxième élément d'antenne comporte :

  • une couronne conductrice ; et
  • des troisième, quatrième, cinquième et sixième éléments de commutation comprenant des premières bornes de conduction connectées respectivement aux première, deuxième, troisième et quatrième bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne et des deuxièmes bornes de conduction connectées respectivement à des premier, deuxième, troisième et quatrième points de la couronne conductrice.
According to one embodiment, the second antenna element comprises:
  • a conductive crown; and
  • third, fourth, fifth and sixth switching elements comprising first conduction terminals respectively connected to the first, second, third and fourth input terminals of the second antenna element and second conduction terminals respectively connected to first, second , third and fourth points of the conductive crown.

Selon un mode de réalisation, les premier et troisième points de la couronne conductrice sont diamétralement opposés et les deuxième et quatrième points de la couronne conductrice sont diamétralement opposés, le diamètre sur lequel sont situés les premier et troisième points étant orthogonal au diamètre sur lequel sont situés les deuxième et quatrième points.According to one embodiment, the first and third points of the conductive crown are diametrically opposed and the second and fourth points of the conductive crown are diametrically opposed, the diameter on which the first and third points are located being orthogonal to the diameter on which are located the second and fourth points.

Selon un mode de réalisation, le deuxième élément d'antenne comporte en outre des deuxième, troisième, quatrième et cinquième lignes à retard introduisant chacune un déphasage égal à environ 180° et comprenant chacune une première extrémité connectée à l'une des première, deuxième, troisième et quatrième bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne et une deuxième extrémité connectée à l'un des premier, deuxième, troisième et quatrième points de la couronne conductrice.According to one embodiment, the second antenna element further comprises second, third, fourth and fifth delay lines each introducing a phase shift equal to approximately 180° and each comprising a first end connected to one of the first, second , third and fourth input terminals of the second antenna element and a second end connected to one of the first, second, third and fourth points of the conductive ring.

Selon un mode de réalisation, le deuxième élément d'antenne comporte en outre des deuxième et troisième lignes à retard introduisant chacune un déphasage égal à environ 180°, la deuxième ligne à retard connectant le deuxième point de la couronne conductrice au quatrième point de la couronne conductrice et la troisième ligne à retard connectant le premier point de la couronne conductrice au troisième point de la couronne conductrice.According to one embodiment, the second antenna element further comprises second and third delay lines each introducing a phase shift equal to approximately 180°, the second delay line connecting the second point of the conductive crown to the fourth point of the conductive crown and the third delay line connecting the first point of the conductive crown to the third point of the conductive crown.

Un mode de réalisation prévoit un réseau transmetteur comprenant une pluralité de cellules telles que décrites.One embodiment provides a transmitter network comprising a plurality of cells as described.

Un mode de réalisation prévoit une antenne comprenant un réseau transmetteur tel que décrit et au moins une source configurée pour irradier une face du réseau.One embodiment provides an antenna comprising a transmitter grating as described and at least one source configured to irradiate one face of the grating.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

  • la figure 1 est une vue de côté schématique d'un exemple d'antenne à réseau transmetteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, les modes de réalisation décrits ;
  • la figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une cellule d'antenne à réseau transmetteur selon un premier mode de réalisation ;
  • la figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un premier élément d'antenne de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le premier mode de réalisation ;
  • la figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un coupleur entre les premier et deuxième éléments d'antenne de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le premier mode de réalisation ;
  • la figure 5 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un deuxième élément d'antenne de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le premier mode de réalisation ;
  • la figure 6 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le premier mode de réalisation ;
  • la figure 7 est un schéma électrique équivalent à la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le premier mode de réalisation ;
  • la figure 8 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie du deuxième élément d'antenne de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon un deuxième mode de réalisation ;
  • la figure 9 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une autre partie du deuxième élément d'antenne de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le deuxième mode de réalisation ;
  • la figure 10 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, de la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le deuxième mode de réalisation ; et
  • la figure 11 est un schéma électrique équivalent à la cellule d'antenne à réseau transmetteur selon le deuxième mode de réalisation.
These and other features and benefits will be detailed in the following mode description. specific embodiments made on a non-limiting basis in relation to the attached figures including:
  • the figure 1 is a schematic side view of an example of a transmitter array antenna of the type to which the described embodiments apply, by way of example;
  • the picture 2 is a schematic partial perspective view of a transmitter array antenna cell according to a first embodiment;
  • the picture 3 is a top view, schematic and partial, of a first antenna element of the transmitter array antenna cell according to the first embodiment;
  • the figure 4 is a top view, schematic and partial, of a coupler between the first and second antenna elements of the transmitter array antenna cell according to the first embodiment;
  • the figure 5 is a schematic partial top view of a second antenna element of the transmitter array antenna cell according to the first embodiment;
  • the figure 6 is a side view and in section, schematic and partial, of the antenna cell with transmitter array according to the first embodiment;
  • the figure 7 is an electrical diagram equivalent to the transmitter array antenna cell according to the first embodiment;
  • the figure 8 is a top view, schematic and partial, of a part of the second antenna element of the transmitter array antenna cell according to a second embodiment;
  • the figure 9 is a schematic partial top view of another part of the second antenna element of the transmitter array antenna cell according to the second embodiment;
  • the figure 10 is a side view and in section, schematic and partial, of the antenna cell with transmitter array according to the second embodiment; and
  • the figure 11 is an electrical diagram equivalent to the transmitter array antenna cell according to the second embodiment.

Description des modes de réalisationDescription of embodiments

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.The same elements have been designated by the same references in the various figures. In particular, the structural and/or functional elements common to the various embodiments may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, on va décrire ci-après des modes de réalisation d'une cellule pour antenne à réseau transmetteur. La structure et le fonctionnement de la ou des sources primaires de l'antenne, destinées à irradier le réseau transmetteur, ne seront toutefois pas détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des sources primaires d'irradiation pour antenne à réseau transmetteur connues. À titre d'exemple, chaque source primaire est adaptée à produire un faisceau de forme générale conique irradiant tout ou partie du réseau transmetteur. Chaque source primaire comprend par exemple une antenne cornet. À titre d'exemple, l'axe central de chaque source primaire est sensiblement orthogonal au plan moyen du réseau.For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the embodiments described have been represented and are detailed. In particular, embodiments of a cell for an antenna with a transmitter array will be described below. The structure and operation of the primary source or sources of the antenna, intended to irradiate the transmitter network, will however not be detailed, the embodiments described being compatible with all or most of the primary irradiation sources for antenna with known transmitter network. By way of example, each primary source is adapted to produce a beam of generally conical shape irradiating all or part of the transmitter network. Each primary source comprises for example a horn antenna. For exemple, the central axis of each primary source is substantially orthogonal to the mean plane of the network.

Par ailleurs, les procédés de fabrication des réseaux transmetteurs décrits ne seront pas détaillés, la réalisation des structures décrites étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description, par exemple en mettant en œuvre des techniques usuelles de fabrication de circuits imprimés.Furthermore, the manufacturing methods of the transmitter networks described will not be detailed, the realization of the described structures being within the reach of the person skilled in the art from the indications of the present description, for example by implementing usual manufacturing techniques. of printed circuits.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.Unless otherwise specified, when reference is made to two elements connected together, this means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when reference is made to two elements connected (in English "coupled") between them, this means that these two elements can be connected or be linked through one or more other elements.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures étant entendu que, en pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment.In the following description, when referring to absolute position qualifiers, such as "front", "rear", "up", "down", "left", "right", etc., or relative, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or to qualifiers of orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., it unless otherwise specified, reference is made to the orientation of the figures, it being understood that, in practice, the devices described may be oriented differently.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près ou, lorsqu'il s'agit de valeurs angulaires, à 10° près, de préférence à 5° près.Unless otherwise specified, the expressions "about", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean to within 10%, preferably within 5% or, in the case of angular values, within 10°, preferably within 5°.

La figure 1 est une vue de côté schématique d'un exemple d'antenne 100 à réseau transmetteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, les modes de réalisation décrits.The figure 1 is a schematic side view of an exemplary transmitter array antenna 100 of the type to which the described embodiments apply, by way of example.

L'antenne 100 comprend typiquement une ou plusieurs sources primaires 101 (une unique source 101, dans l'exemple représenté) irradiant un réseau transmetteur 103. La source 101 peut présenter une polarisation quelconque, par exemple linéaire ou circulaire. Le réseau 103 comprend une pluralité de cellules élémentaires 105, par exemple disposées en matrice selon des lignes et des colonnes. Chaque cellule 105 comprend typiquement un premier élément d'antenne 105a, situé du côté d'une première face du réseau 103 disposée en regard de la source primaire 101, et un deuxième élément d'antenne 105b, situé du côté d'une deuxième face du réseau opposée à la première face. La deuxième face du réseau 103 est par exemple tournée vers un milieu d'émission de l'antenne 100.The antenna 100 typically comprises one or more primary sources 101 (a single source 101, in the example shown) irradiating a transmitter network 103. The source 101 can have any polarization, for example linear or circular. The network 103 comprises a plurality of elementary cells 105, for example arranged in a matrix along rows and columns. Each cell 105 typically comprises a first antenna element 105a, located on the side of a first face of the array 103 arranged facing the primary source 101, and a second antenna element 105b, located on the side of a second face network opposite the first face. The second face of the grating 103 is for example turned towards a transmission medium of the antenna 100.

Chaque cellule 105 est apte, en émission, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son premier élément d'antenne 105a et à réémettre ce rayonnement depuis son deuxième élément d'antenne 105b, par exemple en introduisant un déphasage φ connu. En réception, chaque cellule 105 est apte à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son deuxième élément d'antenne 105b et à réémettre ce rayonnement depuis son premier élément d'antenne 105a avec le même déphasage φ.Each cell 105 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation on its first antenna element 105a and to re-emit this radiation from its second antenna element 105b, for example by introducing a known phase shift φ. In reception, each cell 105 is able to receive electromagnetic radiation on its second antenna element 105b and to re-emit this radiation from its first antenna element 105a with the same phase shift φ.

Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne 100, notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction d'émission maximale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages respectivement introduits par les différentes cellules 105 du réseau 103.The characteristics of the beam produced by the antenna 100, in particular its shape (or template) and its direction of maximum emission (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts respectively introduced by the different cells 105 of the network 103.

Les antennes à réseau transmetteur ont pour avantages, entre autres, de présenter une bonne efficacité énergétique et d'être relativement simples, peu onéreuses et peu encombrantes. Cela provient notamment du fait que les réseaux transmetteurs sont réalisables en technologie planaire, généralement sur circuit imprimé.Transmitter array antennas have the advantages, among others, of having good energy efficiency and of being relatively simple, inexpensive and inexpensive. cumbersome. This stems in particular from the fact that the transmitting networks can be produced using planar technology, generally on a printed circuit.

On s'intéresse ici plus particulièrement aux antennes à réseau transmetteur 103 reconfigurable. Le réseau transmetteur 103 est dit reconfigurable lorsque les cellules élémentaires 105 sont commandables électroniquement de façon individuelle pour modifier leur valeur de déphasage φ, ce qui permet de modifier dynamiquement les caractéristiques du faisceau généré par l'antenne, et notamment de modifier sa direction de pointage sans déplacer mécaniquement l'antenne ou une partie de l'antenne au moyen d'un élément motorisé.We are particularly interested here in the antennas with a reconfigurable transmitter network 103 . The transmitter network 103 is said to be reconfigurable when the elementary cells 105 are individually electronically controllable to modify their phase shift value φ, which makes it possible to dynamically modify the characteristics of the beam generated by the antenna, and in particular to modify its pointing direction. without mechanically moving the antenna or part of the antenna by means of a motorized element.

La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, de l'une des cellules 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 de la figure 1 selon un premier mode de réalisation.The picture 2 is a perspective view, schematic and partial, of one of the cells 105 of the antenna 100 with transmitter array 103 of the figure 1 according to a first embodiment.

La structure de la cellule 105 illustrée en figure 2 peut par exemple être réalisée de façon monolithique. À titre de variante, cette structure peut par exemple être obtenue par empilement de modules distincts, ces modules étant par exemple séparés par de l'air ou par un ou plusieurs matériaux diélectriques.The structure of cell 105 shown in picture 2 can for example be made monolithically. As a variant, this structure can for example be obtained by stacking separate modules, these modules being for example separated by air or by one or more dielectric materials.

Selon ce mode de réalisation, la cellule 105 comprend, outre les premier et deuxième éléments d'antenne 105a et 105b, un coupleur 201. Dans l'exemple représenté, le coupleur 201 présente une structure sensiblement plane interposée entre les éléments d'antenne 105a et 105b et parallèle à ces éléments. Dans cet exemple, une borne de sortie O1 du premier élément d'antenne 105a est connectée à une borne d'entrée I1 du coupleur 201 par un via conducteur V1. En outre, dans cet exemple, des bornes d'entrée A, B, C et D du deuxième élément d'antenne 105b sont connectées respectivement à des bornes de sortie A', B', C' et D' du coupleur 201 par des vias conducteurs VA, VB, VC et VD. La borne I1 du coupleur 201 est située à l'aplomb de la borne O1 du premier élément d'antenne 105a et les bornes A, B, C et D du deuxième élément d'antenne 105b sont respectivement situées à l'aplomb des bornes A', B', C' et D' du coupleur 201.According to this embodiment, the cell 105 comprises, in addition to the first and second antenna elements 105a and 105b, a coupler 201. In the example shown, the coupler 201 has a substantially planar structure interposed between the antenna elements 105a and 105b and parallel to these elements. In this example, an output terminal O1 of the first antenna element 105a is connected to an input terminal I1 of the coupler 201 by a conductor via V1. Furthermore, in this example, input terminals A, B, C and D of the second antenna element 105b are respectively connected to output terminals A', B', C' and D' of the coupler 201 by through VA, VB, VC and VD conductors. Terminal I1 of coupler 201 is located directly above terminal O1 of first antenna element 105a and terminals A, B, C and D of second antenna element 105b are respectively located directly above terminals A ', B', C' and D' of coupler 201.

Dans l'exemple représenté, le premier élément d'antenne 105a comprend un cadre conducteur plan 203 et une région conductrice 205 située à l'intérieur du cadre 203. Dans cet exemple, le cadre 203 et la région 205 sont coplanaires et connectés entre eux par une piste conductrice 207, située hors du plan du cadre 203, et par deux vias conducteurs V2 et V3. Plus précisément, le via V2 s'étend verticalement depuis un côté du cadre 203 jusqu'à une extrémité de la piste 207 et le via V3 s'étend verticalement depuis la région conductrice 205 jusqu'à l'autre extrémité de la piste 207.In the example shown, the first antenna element 105a comprises a planar conductive frame 203 and a conductive region 205 located inside the frame 203. In this example, the frame 203 and the region 205 are coplanar and connected to each other. by a conductive track 207, located outside the plane of frame 203, and by two conductive vias V2 and V3. Specifically, via V2 extends vertically from one side of frame 203 to one end of track 207 and via V3 extends vertically from conductive region 205 to the other end of track 207.

Les structures et fonctions du premier élément d'antenne 105a, du coupleur 201 et du deuxième élément d'antenne 105b de la cellule 105 sont décrites plus en détail ci-après en relation avec les figures 3 à 5.The structures and functions of the first antenna element 105a, of the coupler 201 and of the second antenna element 105b of the cell 105 are described in more detail below in relation to the figures 3 to 5 .

La figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, du premier élément d'antenne 105a de la cellule 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le premier mode de réalisation.The picture 3 is a top view, schematic and partial, of the first antenna element 105a of the cell 105 of the antenna 100 with the transmitter array 103 according to the first embodiment.

Dans l'exemple représenté, le premier élément d'antenne 105a comprend une région conductrice 301 située à l'intérieur du cadre conducteur 203 et en contact avec le via conducteur V1. La région conductrice 301 correspond par exemple à la borne O1 de sortie du premier élément d'antenne 105a. Dans cet exemple, la région conductrice 301 est reliée au cadre conducteur 203 par un élément de commutation D1, ou commutateur, dont une borne de conduction est par exemple en contact avec la région 301 et dont une autre borne de conduction est par exemple en contact avec le cadre 203.In the example represented, the first antenna element 105a comprises a conductive region 301 located inside the conductive frame 203 and in contact with the conductive via V1. The conductive region 301 corresponds for example to the output terminal O1 of the first antenna element 105a. In this example, conductive region 301 is connected to conductive frame 203 by a switching element D1, or switch, one conduction terminal of which is for example contact with the region 301 and of which another conduction terminal is for example in contact with the frame 203.

Dans l'exemple représenté, la région conductrice 301 est en outre reliée à la région conductrice 205 par un autre élément de commutation D2, dont une borne de conduction est par exemple en contact avec la région 301 et dont une autre borne de conduction est par exemple en contact avec la région 205.In the example shown, the conductive region 301 is also connected to the conductive region 205 by another switching element D2, one conduction terminal of which is for example in contact with the region 301 and another conduction terminal of which is by example in contact with region 205.

À titre d'exemple, les éléments de commutation D1 et D2 sont des diodes, par exemple des diodes PIN (de l'anglais « Positive Intrinsic Negative »), des commutateurs micro électromécaniques (« Microelectromechanical switch » - MEMS, en anglais), des varactors, etc.By way of example, the switching elements D1 and D2 are diodes, for example PIN (Positive Intrinsic Negative) diodes, microelectromechanical switches (“Microelectromechanical switch” - MEMS, in English), varactors, etc.

En fonctionnement, lorsqu'un champ électromagnétique irradie les cellules 105 du réseau transmetteur 103, un signal correspondant est capté par le cadre conducteur 203 du premier élément d'antenne 105a. Les commutateurs D1 et D2 sont commandés en opposition, c'est-à-dire de sorte que, si l'un des commutateurs D1, D2 est passant, l'autre commutateur D2, D1 soit bloqué. Dans un cas où le commutateur D1 est passant et où le commutateur D2 est bloqué, le signal capté par le cadre 203 est transmis au coupleur 201 avec un déphasage ϕ1 sensiblement nul.In operation, when an electromagnetic field irradiates the cells 105 of the transmitter array 103, a corresponding signal is picked up by the conductive frame 203 of the first antenna element 105a. The switches D1 and D2 are controlled in opposition, that is to say so that, if one of the switches D1, D2 is on, the other switch D2, D1 is blocked. In a case where switch D1 is on and where switch D2 is off, the signal picked up by frame 203 is transmitted to coupler 201 with a substantially zero phase shift ϕ1.

En revanche, dans un cas où le commutateur D2 est passant et où le commutateur D1 est bloqué, le déphasage ϕ1 entre le signal capté par le cadre 203 et le signal transmis au coupleur 201 est non nul. Dans ce cas, le déphasage ϕ1 introduit entre les signaux est par exemple fonction notamment de la longueur de la piste conductrice 207 et des vias V2, V3 (figure 2), la piste 207 agissant comme une ligne à retard pour le signal transmis au coupleur 201.On the other hand, in a case where switch D2 is on and where switch D1 is off, the phase shift ϕ1 between the signal picked up by frame 203 and the signal transmitted to coupler 201 is non-zero. In this case, the phase shift ϕ1 introduced between the signals is for example a function in particular of the length of the conductive track 207 and of the vias V2, V3 ( picture 2 ), track 207 acting as a delay line for the signal transmitted to coupler 201.

À titre d'exemple, la piste 207 et les vias V2, V3 forment un chemin de conduction présentant une longueur totale ajustée de sorte que le déphasage ϕ1 introduit lorsque le commutateur D2 est passant soit égal à environ 90° (π/2). Le déphasage introduit par le via V1 n'entre pas en compte car il est le même dans les deux configurations de l'élément d'antenne 105a.By way of example, track 207 and vias V2, V3 form a conduction path having a total length adjusted so that the phase shift ϕ1 introduced when switch D2 is on is equal to approximately 90° (π/2). The phase shift introduced by the via V1 is not taken into account since it is the same in the two configurations of the antenna element 105a.

De manière plus générale, selon ce mode de réalisation, le premier élément d'antenne 105a est adapté à commuter entre deux états de phase ϕ1 (0° et 90° dans cet exemple).More generally, according to this embodiment, the first antenna element 105a is suitable for switching between two phase states ϕ1 (0° and 90° in this example).

À titre d'exemple, le premier élément d'antenne 105a est analogue à ce qui est décrit dans le brevet américain US 10680329 .By way of example, the first antenna element 105a is similar to what is described in the American patent US 10680329 .

La figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, du coupleur 201 entre les premier et deuxième éléments d'antenne 105a et 105b de la cellule 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le premier mode de réalisation.The figure 4 is a schematic partial top view of coupler 201 between first and second antenna elements 105a and 105b of cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.

Dans l'exemple représenté, la borne d'entrée I1 du coupleur 201 est située au centre d'un carré 401, ou cadre, formé par quatre lignes conductrices. La borne I1 est, dans cet exemple, reliée à l'un des coins du cadre 401 par une piste conductrice 403 correspondant à une demi-diagonale du carré.In the example represented, the input terminal I1 of the coupler 201 is located in the center of a square 401, or frame, formed by four conductive lines. Terminal I1 is, in this example, connected to one of the corners of frame 401 by a conductive track 403 corresponding to a half-diagonal of the square.

Dans l'exemple représenté, les bornes de sortie A', B', C' et D' du coupleur 201 sont situées à l'extérieur du carré 401. Les bornes A', B', C' et D' sont approximativement, dans cet exemple, situées sur le périmètre d'un cercle de centre I1 et espacées de façon régulière le long de ce périmètre. Plus précisément, dans l'exemple représenté, la borne A' est diamétralement opposée à la borne C' et la borne B' est diamétralement opposée à la borne D', le diamètre sur lequel sont situées les bornes A', I1 et C' étant sensiblement orthogonal au diamètre sur lequel sont situées les bornes B', I1 et D'.In the example represented, the output terminals A', B', C' and D' of the coupler 201 are located outside the square 401. The terminals A', B', C' and D' are approximately, in this example, located on the perimeter of a circle with center I1 and regularly spaced along this perimeter. More specifically, in the example shown, terminal A' is diametrically opposed to terminal C' and terminal B' is diametrically opposed to terminal D', the diameter on which are located the terminals A', I1 and C' being substantially orthogonal to the diameter on which are located the terminals B', I1 and D'.

Dans l'exemple représenté, les bornes A' et C' sont connectées entre elles par une piste conductrice 405 formant une portion d'arc de cercle, correspondant sensiblement à un demi-arc de cercle dans cet exemple. Un point milieu M1 de la piste 405 est connecté, par une piste conductrice 407, à un angle du carré 401 adjacent à l'angle auquel est connectée la piste 403. Les bornes A' et C' sont sensiblement équidistantes de la borne I1, c'est-à-dire que les bornes A' et C' sont séparées de la borne I1 par des chemins de conduction de longueurs sensiblement égales. Ainsi, les signaux présents aux bornes A' et C' de sortie du coupleur 201 présentent l'un par rapport à l'autre un déphasage sensiblement nul.In the example represented, the terminals A' and C' are connected to one another by a conductive track 405 forming a portion of an arc of a circle, corresponding substantially to a half-arc of a circle in this example. A midpoint M1 of track 405 is connected, by a conductive track 407, to a corner of square 401 adjacent to the corner to which track 403 is connected. Terminals A' and C' are substantially equidistant from terminal I1, that is to say that the terminals A' and C' are separated from the terminal I1 by conduction paths of substantially equal lengths. Thus, the signals present at the output terminals A' and C' of the coupler 201 have a substantially zero phase shift relative to each other.

De façon analogue, les bornes B' et D' sont connectées entre elles par une autre piste conductrice 409 formant une portion d'arc de cercle, correspondant sensiblement à un demi-arc de cercle. Un point milieu M2 de la piste 409 est connecté, par une piste conductrice 411, à un angle du carré 401 opposé à l'angle auquel est connectée la piste 403. Les bornes B' et D' sont sensiblement équidistantes de la borne I1, c'est-à-dire que les bornes B' et D' sont séparées de la borne I1 par des chemins de conduction de longueurs sensiblement égales. Ainsi, les signaux présents aux bornes B' et D' de sortie du coupleur 201 présentent l'un par rapport à l'autre un déphasage sensiblement nul.Similarly, terminals B' and D' are connected together by another conductive track 409 forming a portion of an arc of a circle, substantially corresponding to a half-arc of a circle. A midpoint M2 of track 409 is connected, by a conductive track 411, to an angle of square 401 opposite to the angle at which track 403 is connected. Terminals B' and D' are substantially equidistant from terminal I1, that is to say that the terminals B' and D' are separated from the terminal I1 by conduction paths of substantially equal lengths. Thus, the signals present at the output terminals B′ and D′ of coupler 201 have a substantially zero phase shift relative to each other.

Dans l'exemple représenté, le chemin de conduction séparant chacune des bornes B', D' de la borne I1 est plus long que le chemin de conduction séparant chacune des bornes A', C' de la borne I1. Plus précisément, dans cet exemple, la longueur du chemin de conduction séparant les bornes B' et D' de la borne I1 est supérieure, d'une longueur sensiblement égale à un côté du carré formé par le carré 401, à la longueur du chemin de conduction séparant les bornes A' et C' de la borne I1. Cela permet d'introduire un déphasage ϕ2 entre les signaux présents aux bornes A', C' d'une part, et les signaux présents aux bornes B', D' d'autre part. À titre d'exemple, les dimensions du carré 401 sont ajustées de sorte que le déphasage ϕ2 soit égal à environ 90°.In the example represented, the conduction path separating each of the terminals B', D' from the terminal I1 is longer than the conduction path separating each of the terminals A', C' from the terminal I1. More specifically, in this example, the length of the conduction path separating terminals B' and D' from terminal I1 is greater, by a length substantially equal to one side of the square formed by square 401, to the length of the conduction path separating terminals A' and C' from terminal I1. This makes it possible to introduce a phase shift ϕ2 between the signals present at the terminals A', C' on the one hand, and the signals present at the terminals B', D' on the other hand. By way of example, the dimensions of the square 401 are adjusted so that the phase shift ϕ2 is equal to approximately 90°.

Le coupleur 201 opère en outre une division de puissance du signal présent sur son entrée I1. Dans l'exemple représenté, le signal présent sur chaque sortie A', B', C', D' du coupleur 201 présente une puissance inférieure, d'un facteur sensiblement égal à quatre, à la puissance du signal présent sur l'entrée I1.The coupler 201 also performs a power division of the signal present on its input I1. In the example represented, the signal present on each output A′, B′, C′, D′ of coupler 201 has a lower power, by a factor substantially equal to four, than the power of the signal present on the input I1.

Dans cet exemple, le coupleur 201 est un élément passif, c'est-à-dire que le coupleur 201 ne comporte pas de composant électrique actif. Le coupleur 201 comporte de préférence uniquement des pistes conductrices.In this example, coupler 201 is a passive element, ie coupler 201 does not include any active electrical component. The coupler 201 preferably only comprises conductive tracks.

La figure 5 est une vue de dessus, schématique et partielle, du deuxième élément d'antenne 105b de la cellule 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le premier mode de réalisation.The figure 5 is a top view, schematic and partial, of the second antenna element 105b of the cell 105 of the antenna 100 with the transmitter array 103 according to the first embodiment.

Dans l'exemple représenté, le deuxième élément d'antenne 105b comprend une couronne conductrice 501 de forme circulaire et sensiblement plane. À titre de variante, la couronne peut être remplacée par une région conductrice en forme de disque ou de carré dont les coins peuvent être coupés. La couronne 501 permet par exemple au deuxième élément d'antenne 105b de la cellule 105 d'émettre un rayonnement électromagnétique vers l'extérieur de l'antenne 100. Dans cet exemple, chaque borne d'entrée A, B, C, D du deuxième élément d'antenne est reliée à un point PA, PB, PC, PD de la couronne 501. Les points PA, PB, PC et PD sont par exemple répartis de façon régulière sur le pourtour de la couronne 501. Plus précisément, dans l'exemple représenté, le point PA est diamétralement opposé au point PC et le point PB est diamétralement opposé au point PD, le diamètre sur lequel sont situés les points PA et PC étant sensiblement orthogonal au diamètre sur lequel sont situés les points PB et PD.In the example shown, the second antenna element 105b comprises a conductive ring 501 of circular and substantially planar shape. Alternatively, the crown may be replaced by a disc-shaped or square-shaped conductive region whose corners may be cut. The crown 501 allows for example the second antenna element 105b of the cell 105 to emit electromagnetic radiation towards the outside of the antenna 100. In this example, each input terminal A, B, C, D of the second antenna element is connected to a point PA, PB, PC, PD of the crown 501. The points PA, PB, PC and PD are for example distributed in a regular manner on the periphery of the crown 501. More precisely, in the example represented, the point PA is diametrically opposed to the point PC and the point PB is diametrically opposed to the point PD, the diameter on which the points PA and PC are located being substantially orthogonal to the diameter on which the points are located PB and PD.

Dans l'exemple représenté, chaque borne d'entrée A, B, C, D est reliée au point PA, PB, PC, PD par un élément de commutation ou commutateur DA, DB, DC, DD. Chaque borne A, B, C, D est en outre connectée au point PA, PB, PC, PD par une piste conductrice 503A, 503B, 503C, 503D située à l'extérieur de la couronne 501.In the example represented, each input terminal A, B, C, D is connected to the point PA, PB, PC, PD by a switching element or switch DA, DB, DC, DD. Each terminal A, B, C, D is also connected to the point PA, PB, PC, PD by a conductive track 503A, 503B, 503C, 503D located outside the crown 501.

En fonctionnement, lorsque le commutateur DA, DB, DC, DD est à l'état bloqué, le signal présent sur l'entrée A, B, C, D associée est transmis au point PA, PB, PC, PD de la couronne 501 par l'intermédiaire de la piste conductrice 503A, 503B, 503C, 503D correspondante. Cela permet d'introduire un déphasage ϕ3 entre le signal présent sur l'entrée A, B, C, D et le signal présent au point PA, PB, PC, PD de la couronne 501. À titre d'exemple, la longueur des pistes conductrices 503A, 503B, 503C et 503D est ajustée de sorte que le déphasage ϕ3 soit, lorsque le commutateur DA, DB, DC, DD est bloqué, égal à environ 180°.In operation, when the switch DA, DB, DC, DD is in the blocked state, the signal present on the associated input A, B, C, D is transmitted to the point PA, PB, PC, PD of the crown 501 via the corresponding conductive track 503A, 503B, 503C, 503D. This makes it possible to introduce a phase shift ϕ3 between the signal present on the input A, B, C, D and the signal present at the point PA, PB, PC, PD of the crown 501. By way of example, the length of the conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D is adjusted so that the phase shift ϕ3 is, when the switch DA, DB, DC, DD is off, equal to around 180°.

En revanche, lorsque le commutateur DA, DB, DC, DD est à l'état passant, le signal présent sur l'entrée A, B, C, D associée est transmis directement à la couronne 501 par l'intermédiaire d'un chemin de conduction présentant une longueur sensiblement négligeable par rapport à celle des pistes 503A, 503B, 503C et 503D. En d'autres termes, chaque commutateur DA, DB, DC, DD permet de court-circuiter la piste 503A, 503B, 503C, 503D associée. Le déphasage ϕ3 du signal présent au point PA, PB, PC, PD de la couronne 501 par rapport au signal présent sur l'entrée A, B, C, D est dans ce cas sensiblement nul.On the other hand, when the switch DA, DB, DC, DD is in the on state, the signal present on the associated input A, B, C, D is transmitted directly to the crown 501 via a path conduction having a substantially negligible length compared to that of the tracks 503A, 503B, 503C and 503D. In other words, each switch DA, DB, DC, DD makes it possible to short-circuit the associated track 503A, 503B, 503C, 503D. The phase shift ϕ3 of the signal present at the point PA, PB, PC, PD of the crown 501 with respect to the signal present at the input A, B, C, D is in this case substantially zero.

De manière plus générale, selon ce mode de réalisation, le deuxième élément d'antenne 105b est adapté à commuter entre deux états de phase ϕ3 (0° et 180° dans cet exemple). Du fait notamment de la disposition des points PA, PB, PC et PD sur l'anneau 501, le deuxième élément d'antenne 105b permet en outre de commuter entre deux états ou sens de polarisation circulaire, respectivement droite (sens horaire, du point de vue de la source 101) et gauche (sens anti-horaire, du point de vue de la source 101).More generally, according to this embodiment, the second antenna element 105b is suitable for switching between two phase states ϕ3 (0° and 180° in this example). Due in particular to the arrangement of the points PA, PB, PC and PD on the ring 501, the second antenna element 105b also makes it possible to switch between two states or directions of circular polarization, respectively right (clockwise, from the point view of the source 101) and left (counter-clockwise, from the view of the source 101).

Plus précisément, le deuxième élément d'antenne 105b, donc la cellule 105, rayonne un champ électromagnétique présentant une polarisation circulaire droite lorsque :

  • le signal au point PA présente, par rapport au signal au point PD, un déphasage égal à environ 90° ;
  • le signal au point PD présente, par rapport au signal au point PC, un déphasage égal à environ 90° ;
  • le signal au point PC présente, par rapport au signal au point PB, un déphasage égal à environ 90° ; et
  • le signal au point PB présente, par rapport au signal au point PA, un déphasage égal à environ 90°.
More precisely, the second antenna element 105b, therefore the cell 105, radiates an electromagnetic field having a right circular polarization when:
  • the signal at point PA has, with respect to the signal at point PD, a phase shift equal to about 90°;
  • the signal at point PD has, with respect to the signal at point PC, a phase shift equal to about 90°;
  • the signal at point PC has, with respect to the signal at point PB, a phase shift equal to approximately 90°; and
  • the signal at point PB has, with respect to the signal at point PA, a phase shift equal to about 90°.

En revanche, le deuxième élément d'antenne 105b, donc la cellule 105, rayonne un champ électromagnétique présentant une polarisation circulaire gauche lorsque :

  • le signal au point PD présente, par rapport au signal au point PA, un déphasage égal à environ 90° ;
  • le signal au point PC présente, par rapport au signal au point PD, un déphasage égal à environ 90° ;
  • le signal au point PB présente, par rapport au signal au point PC, un déphasage égal à environ 90° ; et
  • le signal au point PA présente, par rapport au signal au point PB, un déphasage égal à environ 90°.
On the other hand, the second antenna element 105b, therefore the cell 105, radiates an electromagnetic field having a left circular polarization when:
  • the signal at point PD has, relative to the signal at point PA, a phase shift equal to about 90°;
  • the signal at point PC has, with respect to the signal at point PD, a phase shift equal to about 90°;
  • the signal at point PB has, with respect to the signal at point PC, a phase shift equal to about 90°; and
  • the signal at point PA has, with respect to the signal at point PB, a phase shift equal to about 90°.

De manière générale, la position des points PA, PB, PC et PD ainsi que les valeurs des déphasages (plus ou moins 90°) entre deux points successifs déterminent le sens de circulation du courant dans l'anneau 501, donc l'état de polarisation du champ rayonné.In general, the position of the points PA, PB, PC and PD as well as the values of the phase shifts (more or less 90°) between two successive points determine the direction of current flow in ring 501, and therefore the state of polarization of the radiated field.

À titre de variante, les pistes 503A, 503B, 503C et 503D peuvent être remplacées par d'autres structures, par exemple des structures comprenant des lignes à retard couplées à des éléments dits « localisés » tels que des condensateurs, de sorte à réduire l'encombrement du deuxième élément d'antenne 105b.As a variant, the tracks 503A, 503B, 503C and 503D can be replaced by other structures, for example structures comprising delay lines coupled to so-called “localized” elements such as capacitors, so as to reduce the size of the second antenna element 105b.

La figure 6 est une vue de côté et en coupe, selon le plan AA des figures 3 à 5, schématique et partielle, de la cellule 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le premier mode de réalisation.The figure 6 is a side view and in section, according to plan AA of the figures 3 to 5 , schematic and partial, of the cell 105 of the antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.

La cellule 105 est par exemple réalisée dans une carte de circuit imprimé comprenant un empilement de niveaux de métallisation 601 séparés les uns des autres par des couches diélectriques. Dans l'exemple représenté, la cellule 105 comprend plus précisément six niveaux de métallisation 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 et 601-6.The cell 105 is for example made in a printed circuit board comprising a stack of metallization levels 601 separated from each other by dielectric layers. In the example represented, the cell 105 more precisely comprises six levels of metallization 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 and 601-6.

Dans cet exemple :

  • le cadre conducteur 203 et les régions conductrices 205 et 301 sont formés dans le niveau 601-1 ;
  • la piste conductrice 207 est formée dans le niveau 601-2 ;
  • un plan de masse du premier élément d'antenne 105a est formé dans le niveau 601-3 ;
  • le coupleur 201 est formé dans le niveau 601-4 ;
  • un plan de masse du deuxième élément d'antenne 105b est formé dans le niveau 601-5 ; et
  • la couronne conductrice 501 et les pistes conductrices 503A, 503B, 503C et 503D sont formées dans le niveau 601-6.
In this example:
  • the conductive frame 203 and the conductive regions 205 and 301 are formed in the level 601-1;
  • conductive track 207 is formed in level 601-2;
  • a ground plane of the first antenna element 105a is formed in the level 601-3;
  • coupler 201 is formed in level 601-4;
  • a ground plane of the second antenna element 105b is formed in the level 601-5; and
  • the conductive crown 501 and the conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D are formed in the level 601-6.

Dans l'exemple représenté, le via conducteur V1 s'étend verticalement depuis le niveau 601-1 jusqu'au niveau 601-4 en traversant le niveau 601-3 sans le contacter. En outre, les vias conducteurs V1, V2, V3 et V4 s'étendent verticalement depuis le niveau 601-4 jusqu'au niveau 601-6 en traversant le niveau 601-5 sans le contacter.In the example shown, the conductive via V1 extends vertically from level 601-1 to level 601-4 crossing level 601-3 without contacting it. Furthermore, the conductive vias V1, V2, V3 and V4 extend vertically from level 601-4 to level 601-6 by crossing level 601-5 without contacting it.

Bien que cela n'ait pas été représenté en figure 6, des niveaux d'alimentation et de commande des commutateurs D1, D2, DA, DB, DC et DD sont formés dans l'empilement, par exemple à l'intérieur des niveaux 601 ou entre les niveaux 601. À titre d'exemple :

  • un niveau d'alimentation et de commande des commutateurs D1 et D2 peut être prévu à l'intérieur du niveau 601-2 ou entre les niveaux 601-2 et 601-3 ; et
  • un autre niveau d'alimentation et de commande des commutateurs DA, DB, DC et DD peut être prévu entre les niveaux 601-5 et 601-6.
Although not shown in figure 6 , supply and control levels of the switches D1, D2, DA, DB, DC and DD are formed in the stack, for example inside the levels 601 or between the levels 601. By way of example:
  • a level for supplying and controlling switches D1 and D2 can be provided inside level 601-2 or between levels 601-2 and 601-3; and
  • another level for supplying and controlling the switches DA, DB, DC and DD can be provided between levels 601-5 and 601-6.

La figure 7 est un schéma électrique équivalent à la cellule 105 de l'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le premier mode de réalisation.The figure 7 is an electrical diagram equivalent to cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the first embodiment.

Dans l'exemple représenté, les commutateurs D1 et D2 du premier élément d'antenne 105a sont des diodes PIN commandées en courant par des signaux γ et γ', respectivement. À titre d'exemple, les signaux γ, γ' sont assimilables à des signaux binaires dont des premier et deuxième niveaux, notés par exemple « 0 » et « 1 », correspondent respectivement à des états bloqué et passant de la diode D1, D2 associée. Le signal γ' correspond par exemple à l'opposé du signal γ, de sorte que la diode D1 soit bloquée lorsque la diode D2 est passante, et inversement.In the example represented, the switches D1 and D2 of the first antenna element 105a are PIN diodes controlled in current by signals γ and γ', respectively. By way of example, the signals γ, γ' can be assimilated to binary signals whose first and second levels, denoted for example "0" and "1", correspond respectively to off and on states of the diode D1, D2 associated. Signal γ' corresponds for example to the opposite of signal γ, so that diode D1 is off when diode D2 is on, and vice versa.

De façon analogue, les commutateurs DA, DB, DC et DD du deuxième élément d'antenne 105b sont par exemple quatre diodes PIN commandées en courant par des signaux α, β, α' et β', respectivement. À titre d'exemple, les signaux α, β, α' et β' sont assimilables à des signaux binaires dont des premier et deuxième niveaux, notés par exemple « 0 » et « 1 », correspondent respectivement à des états bloqué et passant de la diode DA, DB, DC, DD associée. Le signal a' correspond par exemple à l'opposé du signal α et le signal β' correspond par exemple à l'opposé du signal β, de sorte que :

  • la diode DA soit bloquée lorsque la diode DC est passante, et inversement ; et
  • la diode DB soit bloquée lorsque la diode DD est passante, et inversement.
Similarly, the switches DA, DB, DC and DD of the second antenna element 105b are for example four PIN diodes controlled in current by signals α, β, α' and β', respectively. By way of example, the signals α, β, α' and β' can be assimilated to binary signals whose first and second levels, denoted for example "0" and "1", correspond respectively to blocked and passing states of the associated diode DA, DB, DC, DD. Signal a' corresponds for example to the opposite of signal α and signal β' corresponds for example to the opposite of signal β, so that:
  • diode DA is off when diode DC is on, and vice versa; and
  • diode DB is off when diode DD is on, and vice versa.

On peut avantageusement utiliser seulement trois signaux indépendants γ, α et β pour commander les six diodes D1, D2, DA, DB, DC et DD de la cellule 105a. Cela permet de simplifier les circuits de commande des diodes.It is advantageous to use only three independent signals γ, α and β to control the six diodes D1, D2, DA, DB, DC and DD of cell 105a. This makes it possible to simplify the control circuits of the diodes.

Dans l'exemple représenté, chacun des vias VA, VB, VC, VD introduit sensiblement un même déphasage θ des signaux présents aux bornes A, B, C et D par rapport aux signaux présents aux bornes A', B', C' et D'.In the example represented, each of the vias VA, VB, VC, VD introduces substantially the same phase shift θ of the signals present at the terminals A, B, C and D with respect to the signals present at the terminals A', B', C' and Of.

En outre, chaque piste conductrice 503A, 503B, 503C, 503D se comporte comme une ligne à retard adaptée à introduire le déphasage ϕ3 de 180° entre le signal présent sur la borne A, B, C, D et le signal présent au point PA, PB, PC, PD lorsque la diode DA, DB, DC, DD est bloquée.In addition, each conductive track 503A, 503B, 503C, 503D behaves like a delay line suitable for introducing the phase shift ϕ3 of 180° between the signal present on terminal A, B, C, D and the signal present at point PA , PB, PC, PD when the DA, DB, DC, DD diode is blocked.

En commandant indépendamment les niveaux des signaux γ, γ', α, β, α' et β', on peut ainsi avantageusement obtenir, en sortie de chaque cellule 105 de l'antenne 100, quatre états de phase φ et deux états de polarisation circulaire (gauche et droite). Ces états sont détaillés dans le tableau ci-dessous. Dans ce tableau :

  • un « 0 » correspond à l'état bas du signal de commande γ, γ', α, β, α', β' de la diode D1, D2, DA, DB, DC, DD associée, la diode étant dans ce cas bloquée ; et
  • un « 1 » correspond à l'état haut du signal de commande γ, γ', α, β, a', β' de la diode D1, D2, DA, DB, DC, DD associée, la diode étant dans ce cas passante.
[Table 1] D1 D2 ϕ1 DA DB DC DD φ Polarisation 1 0 0° 1 1 0 0 0° droite 0 1 90° 1 1 0 0 90° droite 1 0 0° 0 0 1 1 180° droite 0 1 90° 0 0 1 1 270° droite 1 0 0° 1 0 0 1 0° gauche 0 1 90° 1 0 0 1 90° gauche 1 0 0° 0 1 1 0 180° gauche 0 1 90° 0 1 1 0 270° gauche By independently controlling the levels of the signals γ, γ', α, β, α' and β', it is thus possible advantageously to obtain, at the output of each cell 105 of the antenna 100, four phase states φ and two polarization states circular (left and right). These states are detailed in the table below. In this table :
  • a "0" corresponds to the low state of the control signal γ, γ', α, β, α', β' of the associated diode D1, D2, DA, DB, DC, DD, the diode being in this case blocked; and
  • a "1" corresponds to the high state of the control signal γ, γ', α, β, a', β' of the associated diode D1, D2, DA, DB, DC, DD, the diode being in this case passing.
[Table 1] D1 D2 ϕ1 AD DB DC DD φ Polarization 1 0 0° 1 1 0 0 0° right 0 1 90° 1 1 0 0 90° right 1 0 0° 0 0 1 1 180° right 0 1 90° 0 0 1 1 270° right 1 0 0° 1 0 0 1 0° left 0 1 90° 1 0 0 1 90° left 1 0 0° 0 1 1 0 180° left 0 1 90° 0 1 1 0 270° left

La figure 8 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une partie du deuxième élément d'antenne 105b de la cellule 105 d'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon un deuxième mode de réalisation.The figure 8 is a top view, schematic and partial, of a part of the second antenna element 105b of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to a second embodiment.

Le deuxième mode de réalisation de la cellule 105 diffère du premier mode de réalisation principalement en ce que le deuxième élément d'antenne 105b est dépourvu des pistes conductrices 503A, 503B, 503C et 503D connectées entre les bornes A, B, C et D et les points PA, PB, PC et PD de la couronne conductrice 501. Plus précisément, dans l'exemple représenté, les bornes A, B, C et D sont respectivement reliées aux points PA, PB, PC et PD par les commutateurs DA, DB, DC et DD uniquement.The second embodiment of the cell 105 differs from the first embodiment mainly in that the second antenna element 105b does not have the conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D connected between the terminals A, B, C and D and the points PA, PB, PC and PD of the conductive ring 501. More specifically, in the example shown, the terminals A, B, C and D are respectively connected to the points PA, PB, PC and PD by the switches DA, DB, DC and DD only.

Dans cet exemple, les points PB et PD sont connectés par une piste conductrice 801 située à l'intérieur de la couronne 501. La piste conductrice 801 et la couronne 501 sont par exemple coplanaires. En fonctionnement, les commutateurs DB et DD sont commandés en opposition. La piste 801 se comporte ainsi comme une ligne à retard permettant d'introduire un déphasage φ4, par exemple égal à environ 180°, entre :

  • le signal présent au point PD et le signal présent au point PB, lorsque le commutateur DB est passant et que le commutateur DD est bloqué ; et
  • le signal présent au point PB et le signal présent au point PD, lorsque le commutateur DD est passant et que le commutateur DB est bloqué.
In this example, the points PB and PD are connected by a conductive track 801 located inside the crown 501. The conductive track 801 and the crown 501 are for example coplanar. In operation, the switches DB and DD are controlled in opposition. Track 801 thus behaves like a delay line making it possible to introduce a phase shift φ4, for example equal to around 180°, between:
  • the signal present at the point PD and the signal present at the point PB, when the switch DB is on and the switch DD is off; and
  • the signal present at the point PB and the signal present at the point PD, when the switch DD is on and the switch DB is off.

Dans l'exemple représenté, les points PA et PC de la couronne 501 sont connectés à des vias conducteurs VPA et VPC.In the example shown, points PA and PC of crown 501 are connected to conductive vias VPA and VPC.

La figure 9 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une autre partie du deuxième élément d'antenne 105b de la cellule 105 d'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le deuxième mode de réalisation. La structure de la figure 9 est située dans un plan différent de celui comprenant la structure de la figure 8.The figure 9 is a top view, schematic and partial, of another part of the second antenna element 105b of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment. The structure of the figure 9 is located in a plane different from that comprising the structure of the figure 8 .

Dans l'exemple représenté, les vias VPA et VPC sont connectés entre eux par une piste conductrice 901. En fonctionnement, les commutateurs DA et DC sont commandés en opposition. La piste 901 se comporte ainsi comme une ligne à retard permettant dans cet exemple d'introduire le déphasage ϕ4 entre :

  • le signal présent au point PC et le signal présent au point PA, lorsque le commutateur DA est passant et que le commutateur DC est bloqué ; et
  • le signal présent au point PA et le signal présent au point PC, lorsque le commutateur DC est passant et que le commutateur DA est bloqué.
In the example represented, the vias VPA and VPC are connected together by a conductive track 901. In operation, the switches DA and DC are controlled in opposition. Track 901 thus behaves like a delay line allowing in this example to introduce the phase shift ϕ4 between:
  • the signal present at the point PC and the signal present at the point PA, when the switch DA is on and the switch DC is off; and
  • the signal present at the point PA and the signal present at the point PC, when the switch DC is on and the switch DA is off.

La figure 10 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, de la cellule 105 d'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le deuxième mode de réalisation.The figure 10 is a side view and in section, schematic and partial, of the cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment.

Selon ce mode de réalisation, la cellule 105 est par exemple réalisée dans une carte de circuit imprimé comprenant un empilement de sept niveaux de métallisation 601. Plus précisément, dans l'exemple représenté, la carte de circuit imprimé comprend, outre les niveaux de métallisation 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 et 601-6, un niveau de métallisation 601-7 intercalé entre les niveaux 601-5 et 601-6. La piste conductrice 901 est, dans cet exemple, formée dans le niveau 601-7.According to this embodiment, the cell 105 is for example made in a printed circuit board comprising a stack of seven metallization levels 601. More specifically, in the example shown, the printed circuit board comprises, in addition to the metallization levels 601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5 and 601-6, a metallization level 601-7 interposed between levels 601-5 and 601-6. The conductive track 901 is, in this example, formed in the level 601-7.

Bien que cela n'ait pas été représenté en figure 10, des niveaux d'alimentation et de commande des commutateurs D1, D2, DA, DB, DC et DD sont formés dans l'empilement, par exemple à l'intérieur des niveaux 601 ou entre les niveaux 601. À titre d'exemple :

  • un niveau d'alimentation et de commande des commutateurs D1 et D2 peut être prévu à l'intérieur du niveau 601-2 ou entre les niveaux 601-2 et 601-3 ; et
  • un autre niveau d'alimentation et de commande des commutateurs DA, DB, DC et DD peut être prévu à l'intérieur du niveau 601-7, entre les niveaux 601-5 et 601-7 ou entre les niveaux 601-7 et 601-6.
Although not shown in figure 10 , supply and control levels of the switches D1, D2, DA, DB, DC and DD are formed in the stack, for example inside the levels 601 or between the levels 601. By way of example:
  • a level for supplying and controlling switches D1 and D2 can be provided inside level 601-2 or between levels 601-2 and 601-3; and
  • another level for supplying and controlling the switches DA, DB, DC and DD can be provided inside level 601-7, between levels 601-5 and 601-7 or between levels 601-7 and 601 -6.

La figure 11 est un schéma électrique équivalent à la cellule 105 d'antenne 100 à réseau transmetteur 103 selon le deuxième mode de réalisation.The figure 11 is an electrical diagram equivalent to cell 105 of antenna 100 with transmitter array 103 according to the second embodiment.

Le schéma de la figure 11 diffère du schéma de la figure 7 principalement en ce que :

  • la piste conductrice 801 est adaptée à introduire le déphasage ϕ4 de 180° entre les signaux présents aux points PA et PC ; et
  • la piste conductrice 901 est adaptée à introduire le déphasage ϕ4 de 180° entre les signaux présents aux points PB et PD.
The diagram of the figure 11 differs from the diagram of the figure 7 mainly in that:
  • the conductive track 801 is adapted to introduce the phase shift ϕ4 of 180° between the signals present at the points PA and PC; and
  • the conductive track 901 is adapted to introduce the phase shift ϕ4 of 180° between the signals present at the points PB and PD.

Comme pour le premier mode de réalisation, on peut avantageusement obtenir, en sortie de chaque cellule 105 de l'antenne 100, quatre états de phase φ et deux états de polarisation circulaire (gauche et droite). Ces états sont identiques à ceux détaillés dans le tableau [Table 1].As for the first embodiment, it is possible advantageously to obtain, at the output of each cell 105 of the antenna 100, four phase states φ and two states of circular polarization (left and right). These states are identical to those detailed in the table [Table 1].

Par rapport au premier mode de réalisation exposé en relation avec les figures 2 à 7, le deuxième mode de réalisation présente l'avantage de ne pas comporter de pistes conductrices 503A, 503B, 503C et 503D situées à proximité de l'anneau 501. Cela permet notamment d'éviter de perturber le signal transmis par l'anneau 501 lorsqu'un courant circule dans une ou plusieurs pistes conductrices 503A, 503B, 503C, 503D.Compared to the first embodiment described in relation to the figures 2 to 7 , the second embodiment has the advantage of not comprising conductive tracks 503A, 503B, 503C and 503D located close to the ring 501. This makes it possible in particular to avoid disturbing the signal transmitted by the ring 501 when a current flows in one or more conductive tracks 503A, 503B, 503C, 503D.

De manière générale, les modes de réalisation de la cellule 105 précédemment décrits permettent avantageusement d'obtenir quatre états de phase φ et d'offrir la possibilité de reconfigurer la polarisation rayonnée. Ces avantages sont en outre obtenus sans l'utilisation de cellules à polarisation linéaire croisée dans le réseau transmetteur 103.In general, the embodiments of the cell 105 previously described advantageously make it possible to obtain four phase states φ and to offer the possibility of reconfiguring the radiated polarization. These advantages are further achieved without the use of cross-linear polarized cells in the transmitter array 103.

Un autre avantage des modes de réalisation décrits tient au fait qu'ils mettent en œuvre un nombre minimal de commutateurs, en l'espèce seulement six commutateurs. Cela permet d'obtenir une cellule 105 présentant une structure simple, peu coûteuse et présentant un bon rendement énergétique. En particulier, les modes de réalisation décrits permettent de réaliser des réseaux transmetteurs présentant des pertes énergétiques réduites par rapport notamment à un cas où l'on combinerait des cellules présentant des polarisations verticale et horizontale pour recréer un champ présentant une polarisation circulaire.Another advantage of the embodiments described is that they implement a minimum number of switches, in this case only six switches. This makes it possible to obtain a cell 105 having a simple, inexpensive structure and having good energy efficiency. In particular, the embodiments described make it possible to produce transmitter networks having reduced energy losses compared in particular to a case where cells having vertical and horizontal polarizations would be combined to recreate a field having circular polarization.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, la forme du cadre 203 du premier élément d'antenne 105a peut être adaptée en fonction de la polarisation de la source 101.Various embodiments and variants have been described. Those skilled in the art will understand that certain features of these various embodiments and variations could be combined, and other variations will occur to those skilled in the art. In particular, the shape of the frame 203 of the first antenna element 105a can be adapted according to the polarization of the source 101.

Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, les niveaux des signaux de commande des commutateurs D1, D2, DA, DB, DC et DD peuvent être adaptés par la personne du métier en fonction de l'application.Finally, the practical implementation of the embodiments and variants described is within the abilities of those skilled in the art based on the functional indications given above. In particular, the levels of the control signals of the switches D1, D2, DA, DB, DC and DD can be adapted by the person skilled in the art according to the application.

Claims (13)

Cellule (105) de réseau transmetteur (103) comprenant : - un premier élément d'antenne (105a) adapté à commuter entre deux états de phase (ϕ1) ; - un deuxième élément d'antenne (105b) adapté à commuter entre deux autres états de phase (ϕ3) et entre deux sens de polarisation circulaire ; et - un coupleur (201) couplant le premier élément d'antenne au deuxième élément d'antenne. Cell (105) of transmitter network (103) comprising: - a first antenna element (105a) adapted to switch between two phase states (ϕ1); - a second antenna element (105b) adapted to switch between two other phase states (ϕ3) and between two directions of circular polarization; and - a coupler (201) coupling the first antenna element to the second antenna element. Cellule selon la revendication 1, dans laquelle : - le premier élément d'antenne (105a) est situé sur une première face de la cellule (105) ; - le deuxième élément d'antenne (105b) est situé sur une deuxième face de la cellule, opposée à la première face ; et - le coupleur (201) est situé entre les première et deuxième faces de la cellule. Cell according to claim 1, in which: - the first antenna element (105a) is located on a first face of the cell (105); - the second antenna element (105b) is located on a second face of the cell, opposite the first face; and - the coupler (201) is located between the first and second faces of the cell. Cellule selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier élément d'antenne (105a) comporte : - un cadre conducteur (203) ; - une borne de sortie (O1), située à l'intérieur du cadre conducteur ; et - des premier (D1) et deuxième (D2) éléments de commutation reliant le cadre conducteur à la borne de sortie. Cell according to claim 1 or 2, in which the first antenna element (105a) comprises: - a conductive frame (203); - an output terminal (O1), located inside the conductive frame; and - First (D1) and second (D2) switching elements connecting the conductive frame to the output terminal. Cellule selon la revendication 3, dans laquelle : - une première borne de conduction du premier élément de commutation (D1) est connectée au cadre conducteur (203) ; - une deuxième borne de conduction du premier élément de commutation est connectée à la borne de sortie (O1) du premier élément d'antenne (105a) ; - une première borne de conduction du deuxième élément de commutation (D2) est connectée au cadre par une première ligne à retard (V2, 207, V3) adaptée à introduire, sur la borne de sortie du premier élément d'antenne, un déphasage (ϕ1) égal à environ 90° par rapport à un signal incident sur le premier élément d'antenne ; et - une deuxième borne de conduction du deuxième élément de commutation est connectée à la borne de sortie du premier élément d'antenne. Cell according to claim 3, in which: - a first conduction terminal of the first switching element (D1) is connected to the conductive frame (203); - a second conduction terminal of the first switching element is connected to the output terminal (O1) of the first antenna element (105a); - a first conduction terminal of the second switching element (D2) is connected to the frame by a first delay line (V2, 207, V3) adapted to introduce, on the output terminal of the first antenna element, a phase shift ( ϕ1) equal to approximately 90° with respect to an incident signal on the first antenna element; and - A second conduction terminal of the second switching element is connected to the output terminal of the first antenna element. Cellule selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la borne de sortie (O1) du premier élément d'antenne (105a) est connectée à une borne d'entrée (I1) du coupleur (201) par un premier via conducteur (V1).Cell according to claim 3 or 4, in which the output terminal (O1) of the first antenna element (105a) is connected to an input terminal (I1) of the coupler (201) by a first conductive via (V1) . Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le coupleur (201) comprend des première (A'), deuxième (B'), troisième (C') et quatrième (D') bornes de sortie, le coupleur étant adapté à introduire, sur ses deuxième et quatrième bornes de sortie, un déphasage (ϕ2) égal à environ 90° par rapport à un signal présent sur ses première et troisième bornes de sortie.Cell according to any one of Claims 1 to 5, in which the coupler (201) comprises first (A'), second (B'), third (C') and fourth (D') output terminals, the coupler being adapted to introduce, on its second and fourth output terminals, a phase shift (ϕ2) equal to approximately 90° with respect to a signal present on its first and third output terminals. Cellule selon la revendication 6, dans laquelle des première (A), deuxième (B), troisième (C) et quatrième (D) bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne (105b) sont connectées respectivement aux première (A'), deuxième (B'), troisième (C') et quatrième (D') bornes de sortie du coupleur (201) par quatre deuxièmes vias conducteurs (VA, VB, VC, VB).A cell according to claim 6, wherein first (A), second (B), third (C) and fourth (D) input terminals of the second antenna element (105b) are respectively connected to the first (A') , second (B'), third (C') and fourth (D') output terminals of the coupler (201) by four second conductive vias (VA, VB, VC, VB). Cellule selon la revendication 7, dans laquelle le deuxième élément d'antenne (105b) comporte : - une couronne conductrice (501) ; et - des troisième (DA), quatrième (DB), cinquième (DC) et sixième (DD) éléments de commutation comprenant des premières bornes de conduction connectées respectivement aux première (A), deuxième (B), troisième (C) et quatrième (D) bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne (105b) et des deuxièmes bornes de conduction connectées respectivement à des premier (PA), deuxième (PB), troisième (PC) et quatrième (PD) points de la couronne conductrice. Cell according to claim 7, in which the second antenna element (105b) comprises: - a conductive crown (501); and - third (DA), fourth (DB), fifth (DC) and sixth (DD) switching elements comprising first conduction terminals respectively connected to the first (A), second (B), third (C) and fourth (D) input terminals of the second antenna element (105b) and second conduction terminals respectively connected to first (PA), second (PB), third (PC) and fourth (PD) points of the conductive crown. Cellule selon la revendication 8, dans laquelle les premier (PA) et troisième (PC) points de la couronne conductrice (501) sont diamétralement opposés et les deuxième (PB) et quatrième (PD) points de la couronne conductrice sont diamétralement opposés, le diamètre sur lequel sont situés les premier et troisième points étant orthogonal au diamètre sur lequel sont situés les deuxième et quatrième points.Cell according to claim 8, in which the first (PA) and third (PC) points of the conductive ring (501) are diametrically opposed and the second (PB) and fourth (PD) points of the conductive ring are diametrically opposed, the diameter on which the first and third points are located being orthogonal to the diameter on which the second and fourth points are located. Cellule selon la revendication 9, dans laquelle le deuxième élément d'antenne (105b) comporte en outre des deuxième (503A), troisième (503B), quatrième (503C) et cinquième (503D) lignes à retard introduisant chacune un déphasage (ϕ3) égal à environ 180° et comprenant chacune une première extrémité connectée à l'une des première (A), deuxième (B), troisième (C) et quatrième (D) bornes d'entrée du deuxième élément d'antenne (105b) et une deuxième extrémité connectée à l'un des premier (PA), deuxième (PB), troisième (PC) et quatrième (PD) points de la couronne conductrice (501).Cell according to Claim 9, in which the second antenna element (105b) further comprises second (503A), third (503B), fourth (503C) and fifth (503D) delay lines each introducing a phase shift (ϕ3) equal to approximately 180° and each comprising a first end connected to one of the first (A), second (B), third (C) and fourth (D) input terminals of the second antenna element (105b) and a second end connected to one of the first (PA), second (PB), third (PC) and fourth (PD) points of the conductive ring (501). Cellule selon la revendication 9, dans laquelle le deuxième élément d'antenne comporte en outre des deuxième (801) et troisième (901) lignes à retard introduisant chacune un déphasage (ϕ4) égal à environ 180°, la deuxième ligne à retard connectant le deuxième point (PB) de la couronne conductrice (501) au quatrième point (PD) de la couronne conductrice et la troisième ligne à retard connectant le premier point (PA) de la couronne conductrice au troisième point (PC) de la couronne conductrice.Cell according to Claim 9, in which the second antenna element further comprises second (801) and third (901) delay lines each introducing a phase shift (ϕ4) equal to approximately 180°, the second delay line connecting the second point (PB) of the conductive crown (501) to the fourth point (PD) of the conductive crown and the third delay line connecting the first point (PA) of the conductive crown to the third point (PC) of the conductive crown. Réseau transmetteur (103) comprenant une pluralité de cellules (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.A transmitter network (103) comprising a plurality of cells (105) according to any one of claims 1 to 11. Antenne (100) comprenant un réseau transmetteur (103) selon la revendication 12 et au moins une source (101) configurée pour irradier une face du réseau.Antenna (100) comprising a transmitter grating (103) according to claim 12 and at least one source (101) configured to irradiate a face of the grating.
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